Χαρακτηριστικά του κινδύνου της σχιστοσωμίασης με χρήση Τηλεπισκόπησης: προσεγγίσεις και προοπτικές
Από RemoteSensing Wiki
Χαρακτηριστικά του κινδύνου της σχιστοσωμίασης με χρήση Τηλεπισκόπησης: προσεγγίσεις και προοπτικές
Πρωτότυπος τίτλος: Risk profiling of schistosomiasis using remote sensing: approaches, challenges and outlook
Συγγραφείς: Yvonne Walz, Martin Wegmann, Stefan Dech, Giovanna Raso and Jürg Utzinger
Δημοσιεύτηκε: Parasites & Vectors (2015) 8:163 DOI 10.1186/s13071-015-0732-6
Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου: [1]
Λέξεις-Κλειδιά: σχιστοσωμίαση, σαλιγκάρια, Αφρική, προνύμφες, γλυκό νερό, Landsat, Τηλεπισκόπηση
Εισαγωγή
Η σχιστοσωμίαση είναι μια παρασιτική ασθένεια των ανθρώπων και των ζώων, η οποία προκαλείται από τα παράσιτα του γένους Schistosoma. Όσον αφορά τη δημόσια υγεία, η σχιστοσωμίαση είναι η κυριότερη ασθένεια που μεταδίδεται με το νερό. Οι παγκόσμιες στατιστικές υποδηλώνουν ότι περίπου 779 εκατομμύρια άνθρωποι διατρέχουν κίνδυνο σχιστοσωμίασης, ενώ περίπου 250 εκατομμύρια άνθρωποι μολύνθηκαν τώρα, κυρίως στην περιοχή της υποσαχάριας Αφρικής. Η μετάδοση της σχιστοσωμίασης περιορίζεται χωρικά και χρονικά σε γλυκά ύδατα, όπου υπάρχουν συγκεκριμένα σαλιγκάρια ενδιάμεσοι ξενιστές, τα οποία δρουν ως φορείς της νόσου με την απελευθέρωση προνυμφών του παράσιτου. Η σχιστοσωμίαση είναι μια περιβαλλοντική ασθένεια και οι τεχνολογίες τηλεπισκόπησης μπορούν να εμβαθύνουν στην κατανόηση των περιβαλλοντικών χαρακτηριστικών που σχετίζονται με τη χωρική και χρονική κατανομή του παράσιτου. Τα τελευταία 30 χρόνια, η χρήση δεδομένων και τεχνικών τηλεπισκόπησης για τη χαρτογράφηση ασθενειών που σχετίζονται με το περιβάλλον, συμπεριλαμβανομένης της σχιστοσωμίασης, έχει αυξηθεί σημαντικά. Ο πλούτος της επιστημονικής βιβλιογραφίας περιέχει ένα σύνολο περιπτωσιολογικών μελετών που διερεύνησαν τη χρησιμότητα διαφόρων δορυφορικών δεδομένων και μεταβλητών, με τις χωρικές και χρονικές τους ιδιότητες για επιλεγμένες γεωγραφικές περιοχές, για συγκεκριμένες ασθένειες ή παράγοντες που σχετίζονται με αυτές, όπως ενδιάμεσοι ξενιστές, φορείς. Δεδομένου ότι αυτοί οι παράγοντες έχουν συγκεκριμένες απαιτήσεις όσον αφορά το κλίμα, τη βλάστηση, το έδαφος και άλλους εδαφικούς παράγοντες και είναι ευαίσθητοι στις μεταβολές τους, η τηλεπισκόπηση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό των συνθηκών αυτών και για την πρόβλεψη δυνητικών κατανομών των ενδιαιτημάτων τους (Πίνακας 1).
Τα παράσιτα του γένους Schistosoma
Υπάρχουν έξι είδη τα οποία παρασιτούν στον άνθρωπο: S. haematobium, S. mansoni, S. japonicum, S. intercalatum, S. mekongi και S. guineensis. Η παρούσα εργασία επικεντρώνεται στα πρώτες δύο, τα οποία είναι τα πιο διαδεδομένα και πλήττουν δεκάδες εκατομμύρια ανθρώπους, ιδίως στην υποσαχάρια Αφρική. Η θερμοκρασία του νερού έχει σημαντική επίδραση στην περίοδο επώασης του Schistosoma, η οποία σχετίζεται με την αφθονία του στο περιβάλλον. Τα αυγά των παρασίτων εκκολάπτονται σε θερμοκρασίες μεταξύ 10 °C και 30 °C. Η περίοδος από τη διείσδυση της προνύμφης στον ενδιάμεσο ξενιστή, το σαλιγκάρι, ποικίλλει από τη θερμοκρασία 30-35 °C , όπου παραμένει στον ξενιστή 17 ημέρες, έως αρκετούς μήνες σε χαμηλότερες θερμοκρασίες. Οι εργαστηριακές έρευνες έδειξαν μια αντίστροφη σχέση μεταξύ της διάρκειας επώασης και της θερμοκρασίας του νερού, το μηδενικό σημείο ανάπτυξης του παρασίτου βρίσκεται στους 14.2 °C για τον S. mansoni και στους 15.3 °C για το S. haematobium. Η μεγαλύτερη εκκόλαψη του S. haematobium παρατηρήθηκε σε θερμοκρασίες νερού γύρω στους 25 °C. Η ταχύτητα της ροής του νερού επηρεάζει τη χωρική κατανομή του παρασίτου. Το στάσιμο νερό περιέχει υψηλότερη συγκέντρωση προνυμφών, ενώ το τρεχούμενο μπορεί να μεταφέρει το παράσιτο παθητικά σε μεγάλες αποστάσεις. Το πολύ αργό νερό που κινείται με ταχύτητα περίπου 0,1 m/s είναι επιτρέπει την εκτεταμένη διάδοση του παρασίτου, κάτι που αυξάνει τις πιθανότητες εύρεσης κατάλληλου ενδιάμεσου ξενιστή σαλιγκαριού.
Σαλιγκάρια γλυκού νερού
Για να ολοκληρωθεί ένας επιτυχημένος κύκλος ζωής, το S. haematobium επιλέγει σχεδόν αποκλειστικά σαλιγκάρια του γένους Bulinus, εκ των οποίων όμως μόνο μερικά είδη είναι ευαίσθητα. Οι ενδιάμεσοι ξενιστές του S. mansoni ανήκουν στο γένος Biomphalaria. Όπως γίνεται με το παράσιτο, η επιβίωση και η αναπαραγωγή σαλιγκαριών εξαρτώνται από τη θερμοκρασία του νερού. Σε αντίθεση με το παράσιτο, τα σαλιγκάρια προτιμούν ψυχρότερες θερμοκρασίες. Παρόλο που τα σαλιγκάρια έχουν ευρεία ανοχή στη θερμοκρασία του περιβάλλοντος μεταξύ ημέρας και νύχτας και κατά τη διάρκεια ενός έτους, η ευνοϊκότερη θερμοκρασία κυμαίνεται μεταξύ 18 °C και 32 °C. Ωστόσο, στις υποτροπικές περιοχές της Αφρικής, οι υψηλές θερμοκρασίες ως περιορισμός της κατανομής των σαλιγκαριών είναι παρατηρείται μόνο για πολύ μικρά υδάτινα σώματα που εκτίθενται σε συνεχείς υψηλές θερμοκρασίες. Όσον αφορά την ταχύτητα ροής του νερού, τα σαλιγκάρια του γλυκού νερού έχουν ένα αξιοσημείωτο εύρος ανοχής και αποκολλούνται όταν η ταχύτητα ροής υπερβαίνει τα 0,3 m/s. Με βάση την υπόθεση ότι η υψηλότερης ροής συνδέεται με τη μειωμένη ταχύτητα αναπαραγωγής, παρατηρήθηκε θετική συσχέτιση μεταξύ του ρεύματος και της συχνότητας μόλυνσης από S. mansoni στα παιδιά σχολικής ηλικίας στην περιοχή Man στην Ακτή του Ελεφαντοστού. Η καταλληλότητα των ενδιαιτημάτων των σαλιγκαριών καθορίζεται από τη βλάστηση.
Η θολερότητα του ύδατος λόγω της υψηλής περιεκτικότητας σε αιωρούμενα σωματίδια (360 mg/l), μπορεί να επηρεάσει την αναπαραγωγή των σαλιγκαριών. Ωστόσο, τα ενήλικα σαλιγκάρια δεν φαίνεται να επηρεάζονται. Η ανάπτυξη των υδρόβιων φυτών είναι περιορισμένη λόγω της υψηλής θολερότητας και συνεπώς οι συνθήκες καθίστανται λιγότερο ευνοϊκές. Όσον αφορά τη χημεία και την ποιότητα του νερού, το χαμηλό pH μπορεί να είναι επιβλαβές για τα σαλιγκάρια. Πράγματι, η εμφάνιση των σαλιγκαριών συσχετίζεται με τη σκληρότητα του νερού, με προτίμηση των σαλιγκαριών σε πολύ σκληρά νερά.
Ο άνθρωπος ως τελικός ξενιστής
Ο άνθρωπος είναι ο τελικός ξενιστής του S. mansoni και του S. haematobium. Οι προνύμφες διεισδύουν στο δέρμα του ανθρώπου, εισέρχονται στην κυκλοφορία του αίματος, αναπτύσσονται , ζευγαρώνουν και αρχίζουν να παράγουν αυγά μέσα σε περίπου δύο εβδομάδες. Τα ενήλικα παράγουν αυγά καθ 'όλη τη διάρκεια της ζωής τους και μέρος των αυγών αποβάλλεται μέσω των κοπράνων (S. mansoni) ή των ούρων (S. haematobium). Η σχιστοσωμίαση είναι μια ασθένεια της φτώχειας. Στις αφρικανικές χώρες νότια της Σαχάρας, η φτώχεια συνήθως συμβαδίζει με την κακή υγιεινή και τη στέγαση, την περιορισμένη πρόσβαση σε καθαρό νερό, τις συνθήκες διαβίωση και το χαμηλό μορφωτικό επίπεδο - όλα αυτά επιδεινώνουν τον κίνδυνο μόλυνσης από σχιστοσωμίαση.
Τα παιδιά και οι έφηβοι σχολικής ηλικίας, έχουν συνήθως τον υψηλότερο κίνδυνο μόλυνσης με μέγιστη μόλυνση περίπου σε ηλικίες 10-15 χρονών. Αυτή η χαρακτηριστική καμπύλη ηλικίας-μόλυνσης οφείλεται στην υψηλή έκθεση σε μολυσμένο νερό κατά τη διάρκεια του παιχνίδι. Ωστόσο, ειδικά τα παιδιά προσχολικής ηλικίας και οι μητέρες τους διατρέχουν σοβαρό κίνδυνο μόλυνσης. Σημειωτέον, όσο μεγαλύτερη είναι η μετάδοση, τόσο νωρίτερα παρατηρείται η αιχμή της επικράτησης της λοίμωξης. Αυτό το φαινόμενο έχει ονομαστεί "κορυφαία μετατόπιση". Όσον αφορά την ανοσία, έχει αποδειχθεί ότι οι άνθρωποι είναι σε θέση να αναπτύξουν αμυντικούς μηχανισμούς με την αύξηση της ηλικία. Επομένως, αυτό το τυπικό κυρτό σχήμα της καμπύλης ηλικίας-μόλυνσης και ηλικίας-έντασης σε σχέση με τη σχιστοσωμίαση υποστηρίζει ότι σχετίζεται με την σταδιακή απόκτηση ανοσίας στην επανεμφάνιση της ασθένειας. Αυτό είναι το βασικό επιχείρημα ότι πρέπει να είναι δυνατή η ανάπτυξη ενός εμβολίου για την σχιστοσωμίαση.
Τηλεπισκόπηση της σχιστοσωμίασης
Αρχικά, η χρήση δεδομένων τηλεπισκόπησης για την εκτίμηση του ποσοστού θνησιμότητας των ασθενών προήλθε από στρατιωτικά και οικονομικά συμφέροντα και μόνο αργότερα εφαρμόστηκε για επιδημιολογικές έρευνες. Μια δεκαετία μετά την πρωτοποριακή εργασία του Cross και των συναδέλφων του, οι ημερήσιες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας από δεδομένα του NOAAAVHRR σχετίστηκαν με τις μετρήσεις της έρευνας για την επικράτηση της σχιστοσωμίασης στην Αίγυπτο. Δεδομένου ότι οι θερμοκρασιακές διαφορές μεταξύ ημέρας και νύχτας αντικατοπτρίζουν τις περιφερειακές υδρολογικές συνθήκες, η σημαντική αντίστροφη σχέση έδειξε την ικανότητα πρόβλεψης με τη βοήθεια δεδομένων τηλεπισκόπησης για τον κίνδυνο μετάδοσης σχιστοσωμάτων. Οι δυνατότητες της τηλεπισκόπησης και ο συνδυασμός της με χωρικές αναλύσεις βασισμένες στο σύστημα γεωγραφικών πληροφοριών (GIS) για την πρόβλεψη του κινδύνου σχιστοσωμίασης μπορούν να συνοψιστούν με την ικανότητα (i) να προσδιοριστεί η γεωγραφική κατανομή της ασθένειας λόγω των οικολογικών χαρακτηριστικών μετάδοσης της νόσου, (ii) περαιτέρω διερεύνηση του πλαισίου της οικολογίας της νόσου και της επιδημιολογίας μέσω της χωρικής της σχέσης, (iii) πρόληψης, της παρακολούθησης και του ελέγχου κινδύνου της νόσου και iv) παροχή έγκαιρης ενημέρωσης των περιοχών όπου μπορεί να υπάρξει μετάδοση της ασθένειας.
Συσχέτιση μεταξύ Τηλεπισκόπησης και οικολογίας της ασθένειας
Η ανάλυση των παραγόντων κινδύνου που επηρεάζουν την μετάδοση των σχιστοσωμάτων (βλ. Πίνακα 2) και οι προηγούμενες εφαρμογές δεδομένων τηλεπισκόπησης για τη διαμόρφωση κινδύνου σχιστοσωμίασης (βλ. Πίνακα 3), συντέθηκαν περαιτέρω και συμπυκνώθηκαν και παρουσιάζονται στον Πίνακα 4. Αυτή η επισκόπηση είναι δομημένη σύμφωνα με τα στάδια του κύκλου ζωής του παρασίτου και (i) δείχνει τη δυνητική συμβολή των δεδομένων τηλεπισκόπησης για την ανάλυση του κινδύνου σχιστοσωμίασης και (ii) υποδεικνύει την σημασία των μετρήσεων μέσω τηλεπισκόπησης σε σχέση με την οικολογία της μετάδοσης της ασθένειας. Στο πλαίσιο της μοντελοποίησης του κινδύνου σχιστοσωμίασης, οι μεταβλητές της τηλεπισκόπησης μπορούν να παρέχουν είτε άμεσες μετρήσεις του χαρακτηριστικού ενδιαφέροντος, οι οποίες είναι για παράδειγμα το μέτρο της LST, η ταχύτητα ροής του νερού ή η κάλυψη της βλάστησης κατά μήκος των υδάτινων όγκων. Αυτές οι μεταβλητές μπορούν να αντικατοπτρίζουν άμεσα τις συνθήκες των ενδιαιτημάτων και να παρέχουν πληροφορίες σχετικά με τις πιθανές επιπτώσεις της μετάδοσης της ασθένειας. Ο Πίνακας 4 δείχνει ότι υπάρχουν παράγοντες κινδύνου που διέπουν τη μετάδοση σχιστοσωμάτων, οι οποίοι μπορούν να μετρηθούν με δεδομένα τηλεπισκόπησης. Συγκεκριμένα, οι παράγοντες κινδύνου που σχετίζονται με τα παράσιτα και τα σαλιγκάρια εντοπίζονται ικανοποιητικά με χρήση τηλεπισκόπησης. Με τον τρόπο αυτό, η τηλεπισκόπηση μπορεί να συμβάλλει ουσιαστικά στον χαρακτηρισμό των συνθηκών των ενδιαιτημάτων των παρασίτων και των σαλιγκαριών και μπορούν επίσης να ανιχνεύσουν τους ανθρώπινους οικισμούς και τη χωρική τους σχέση.
Συζήτηση - Συμβολή της Τηλεπισκόπησης
Στην παρούσα εργασία, επιχειρήσαμε να γεφυρώσουμε τα δύο σκέλη της επιστημονικής έρευνας. Η παρούσα εργασία συνθέτει μία συσχέτιση μεταξύ των μετρήσεων με χρήση τηλεπισκόπισης των επιφανειακών συνθηκών και οικολογικών διεργασιών που διέπουν τη μετάδοση της σχιστοσωμίασης. Η σύνθεση αυτή εμβαθύνει στην κατανόηση αυτής της διεπιστημονικής σύνδεσης και έτσι επιτρέπει την συνεισφορά της τηλεπισκόπησης για την εκτίμηση του κινδύνου από τη νόσο. Η ανασκόπηση, επίσης, υποδηλώνει ότι η δυνατότητα εκτίμησης του κινδύνου σχιστοσωμίασης, με χρήση δεδομένων τηλεπισκόπησης είναι μεγαλύτερη από αυτή που πιστεύαμε μέχρι σήμερα.
